JP2016053365A - 連続可変行程型サイクルエンジン用直線アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】可変行程型の往復動内燃エンジンを提供する。【解決手段】可変行程型往復動内燃エンジンは、エンジンシャフト及び軸線を備えたシリンダチャンバ内で往復動するよう構成されたピストンを有し、各ピストンは、第１のピストン部分２２０を有し、第１のピストン部分は、内燃エンジンの互いに異なる熱的機能のためのピストン行程を定めるよう第２のピストン部分２２２と一致して又は第２のピストン部分とは別個に動く。内燃エンジンは、複写点１０２のところで第１のピストン部分に回動可能に結合された組立体１００と、この組立体に結合されたアクチュエータ２４０とを有する。アクチュエータは、組立体の動作を制御してシリンダチャンバ軸線に沿う複写点の実質的に直線運動を定めるよう作動可能である。【選択図】図４

Description

本明細書において開示する実施形態は、内燃エンジンに関し、特にピストン内燃エンジンに関する。特に、本明細書において開示する実施形態は、可変行程型サイクル式内燃エンジン用のアクチュエータ及び組立体に関する。

内燃エンジンは、燃料の燃焼が作業流体流れ回路の一体部分である燃焼チャンバ（室）内の酸化剤により起こるエンジンである。内燃エンジンでは、燃焼により生じる高温高圧ガスの膨張は、エンジンの或るコンポーネント、典型的にはピストンに直接的な力を及ぼす。この力は、このコンポーネントを或る距離にわたって動かし、化学エネルギーを有用な機械エネルギーに変換する。

一観点では、本明細書において開示する実施形態は、可変行程型往復動内燃エンジンであって、内燃エンジンは、エンジンシャフト及び軸線を備えたシリンダチャンバ内で往復動するよう構成されたピストンを有し、各ピストンは、第１のピストン部分を有し、第１のピストン部分は、内燃エンジンの互いに異なる熱的機能のためのピストン行程を定めるよう第２のピストン部分と一致して又は第２のピストン部分とは別個に動き、内燃エンジンは、複写点のところで第１のピストン部分に回動可能に結合された組立体と、この組立体に結合されたアクチュエータとを有し、アクチュエータは、組立体の動作を制御してシリンダチャンバ軸線に沿う複写点の実質的に直線運動を定めるよう作動可能であることを特徴とする内燃エンジンに関する。

他の観点では、他の明細書において開示する実施形態は、可変行程型往復動内燃エンジンを作動させる方法であって、内燃エンジンは、エンジンシャフト及び軸線を備えたシリンダチャンバ内で往復動するよう構成されたピストンを有し、各ピストンは、第１のピストン部分を有し、第１のピストン部分は、内燃エンジンの互いに異なる熱的機能のためのピストン行程を定めるよう第２のピストン部分と一致して又は第２のピストン部分とは別個に動くよう作動可能であり、この方法は、複写点のところで第１のピストン部分に回動可能に結合された組立体及び組立体に結合されたアクチュエータを用意するステップと、アクチュエータを作動させて組立体の動きを制御し、それによりシリンダチャンバ軸線に沿う複写点の実質的に直線運動を定めるステップとを含むことを特徴とする方法に関する。

本発明は、添付の図面に示されている。

ピストン‐トレーン案内組立体の実施形態の略図である。 図１のピストン‐トレーン案内組立体を有するエンジンの実施形態のクランクシャフトの回転軸線に垂直な断面図である。 湾曲案内直線アクチュエータ機構体の実施形態を示す図である。 パンタグラフ型案内直線アクチュエータ機構体の実施形態を示す図である。 パンタグラフ型案内直線アクチュエータ機構体の実施形態を示す図である。

本明細書において言及する１つ又は２つ以上の実施形態の観点、特徴及び利点について図面を参照して詳細に説明するが、図中、同一の参照符号は、同一の要素を示している。本明細書において開示する実施形態は、別個に又は単一装置内に組み込まれる場合のある差動行程又は可変行程型内燃エンジンのピストン‐トレーン内に組み込まれる組立体及び案内又は案内組立体を提供する。或る特定の実施形態では、組立体をロボットアーム組立体と称する場合がある。他の実施形態では、組立体をアクチュエータ組立体と称する場合がある。ロボット組立体は、アーム状レバー装置がシリンダ軸線に沿う実質的に直線長さ方向運動でピストン部分（例えば、第１の又は内側ピストン部分）のピストンステムを動かすようシリンダ軸線に向かって伸長された状態で、エンジンブロック又は一端部のところの他の場所に取り付けられるのが良い。

押退け量及び周期の面での４つのエンジン行程の組み合わせが燃料効率、出力及びエミッションについてエンジン作動中リアルタイムで連続的に最適化される場合が有利であると言える。かかる目的のため、エンジンの電子式制御ユニットによって制御され、シリンダ軸線中に伸長してピストンステムに直接作用するロボットアームを備えたロボット最適化装置を利用するのが良い。ロボットアーム装置は、第１のピストン部分を作動させるようピストンステムに結合されるのが良い。ロボット装置は、シリンダチャンバから遠ざかり且つピストンキットの可動部品から遠ざかって配置されるのが良い。ロボットアーム装置は、多次元方向運動を行ってシリンダ軸線に沿うピストンステム及び第１のピストン部分の直線長さ方向運動を維持するよう構成されているのが良い。或る特定の実施形態では、ピストンレバーに作用する直線ロボット装置又は直線アクチュエータ装置がシリンダ軸線に沿うピストンステム及び第１のピストン部分の直線長さ方向運動を維持するために設けられる。

図１を参照すると、本発明の１つ又は２つ以上の実施形態としてのピストン‐トレーン案内組立体の略図が示されている。ピストン‐トレーン案内装置（又は組立体）１００は、図２に示された差動行程型内燃エンジン内のピストン‐トレーン内に組み込まれるのが良い。本明細書で用いられる「ピストン‐トレーン」という用語は、ピストン、ピストンレバー‐リンク‐バー及び一組立体として互いに結合されると共にエンジン内で作動可能なピストンレバー‐リンク‐バー案内組立体を含む場合がある。本明細書では、案内組立体を制御・案内装置又は制御・リンケージ組立体とも称する場合がある。

差動行程型内燃エンジンは、代表的には、１つ又は２つ以上のシリンダボア２１２を備えたエンジンブロック２１０及び１つ又は２つ以上のシリンダボア２１２の各々内に設けられた内側の又は第１のピストン部分２２０を有する。内側ピストン部分２２０は、対応のシリンダボア壁２１３と摺動接触（又は当接）係合状態にあるのが良い。ピストンステム２３０が第１の端部２３２のところで内側ピストン部分２２０に結合され、第２の端部２３４のところでピストンレバー‐リンク‐バー１１０にヒンジ式に（回動可能に）結合されている。ヒンジ式結合（回動接合部）は、以下に詳細に説明する「複写（copy）」点１０２を定めることができる。

案内装置１００は、ピストンレバー‐リンク‐バー１１０の一部分１１１、フルクラム（支点）‐リンクバー１１２、フォース‐バー１１４及びロッカー‐リンクバー１１８を含むリンケージ組立体（例えば、四節回転機構）を構成すると共に有する。四節回転機構を構成すると共にその配設場所を定める際、案内装置１００は、フルクラム‐リンクバー１１２の第１の端部と、ロッカー‐リンクバー１１８の第１の端部の第１のヒンジ接合部１２０のところでエンジンブロック２１０にヒンジ式に結合されるのが良い。ヒンジ式結合（回動接合部）は、以下に詳細に説明する「固着（anchor）」（又は、取り付け）点１０４を定める。四節回転機構は、フルクラム‐リンクバー１１２の第２の端部とピストンレバー‐リンク‐バー１１０の部分１１１の第１の端部との第２のヒンジ接合部１２２、ロッカー‐リンクバー１１８の第２の端部とフォース‐リンクバー１１４の第１の端部との第３のヒンジ接合部１２４及びフォース‐リンクバー１１４の第２の端部とピストンレバー‐リンク‐バー１１０の部分１１１の第２の端部との第４のヒンジ接合部１２６を更に含む。

案内要素又は案内ローラ１３０が「原（origin）」点（又は軸線）１０６のところでフォース‐リンクバー１１４に結合されている（例えば、回転可能又は回動可能に）。「原」点１０６は、フォース‐リンクバー１１４と、「複写」点１０２と「固着」点１０４との間に定められた想像上の線（線１０８で示されている）との交点のところに位置している。案内ローラ１３０は、案内装置２４０と摺動又は転動接触関係にあるのが良い。或る特定の実施形態では、案内装置２４０は、エンジンブロック２１０内に且つこれによって構成された構造体として一体に形成されるのが良い。例えば、案内装置は、エンジン内のチャネル、溝又は他の構造体として形成されるのが良い。他の実施形態では、案内装置２４０は、エンジンブロック２１０にしっかりと取り付けられ又は締結されるのが良い。図１のように、或る特定の実施形態では、案内装置２４０は、直線的又は実質的に直線的であるのが良い。案内ローラ１３０は、案内ローラ１３０と「原」点１０６がシリンダ２１２がシリンダ軸線２５０に平行な案内装置２４０の案内軸線１５０に沿って動くよう案内装置２４０内で動く。或る特定の実施形態では、案内要素は、複写点を中央に付勢すると共にこの複写点を実質的にシリンダチャンバ軸線に沿って制御するようリンケージ組立体に結合された任意形式のばね要素（図示せず）から成るのが良い。

案内装置１００の四節回転機構は、パンタグラフ組立体又は装置を形成するよう構成されているのが良い。当業者であれば理解されるように、パンタグラフ組立体は、平行四辺形を利用した仕方で互いに連結された機械的リンケージで形成でき、その結果、組立体の１つの箇所（例えば、「原」点１０６）の運動により組立体の第２の箇所（例えば、「複写」点１０２）の対応の運動（場合によっては、スケール変更された運動）が生じるようになっている。

或る特定の実施形態では、「複写」点１０２のスケール変更運動は、案内軸線１５０に沿う「原」点１０６の運動によってシリンダ軸線２５０に沿って拘束される。制御された仕方で運動を効果的に変換する四節回転機構のこのパンタグラフ組立体は、「複写」点１０２のための運動案内として用いられる。したがって、或る特定の実施形態では、四節回転機構は、ピストンレバー‐リンク‐バー１１０を案内してこれがシリンダ軸線２５０に沿う長さ方向の直線運動をなしてピストンステム２３０との回動接合部（即ち、「複写」点１０２）のところで動くようにするパンタグラフ装置を構成する。換言すると、「原」点１０６が直線案内２４０の案内軸線１５０に沿って移動しているとき、「複写」点１０２は、シリンダ２１２のシリンダ軸線２５０に沿う長さ方向直線運動をなして移動する。

理解されるように、他の案内要素又は装置は又、「複写」点１０２の直線運動と機能的関係をなす場所で案内装置１００の四節回転機構に組み込まれても良い。一例として、案内要素又は案内ローラは、フォース‐リンクバー１１４との接合部１２６のところでピストンレバー‐リンク‐バー１１０上に配置されるのが良い。この実施例では、湾曲又は非直線状案内チャネルは、ピストンレバー‐リンク‐バー１１０の側方運動を案内することができ、その結果、ピストンレバー‐リンク‐バー１１０が内側ピストン部分２２０を作動させてこれを行程運動させるよう揺動しているときに、ピストンレバー‐リンク‐バー１１０とピストンステム２３０との回動接合部１０２がシリンダ軸線２５０と整列した直線長さ方向運動を行うようになっている。

或る特定の実施形態では、リンケージ組立体上の特定の場所と「複写」点１０２との間には機能的な関係が存在する。例えば、この機能的な関係は、リンケージ組立体上の特定の箇所を動かし、その結果、それに従って「複写」点１０２を動かすという関係を含むのが良い。さらに又、機能的関係は、リンケージ組立体上の特定の場所を直線状態か非直線状態かのいずれかで動かし、その結果、「複写」点１０２を直線状態で動かす関係を含むことが可能である。或る特定の実施形態では、リンケージ組立体上の特定の場所は、「原」点１０６を含むのが良い。したがって、案内要素又は案内ローラ１３０は、当業者には理解されるように「複写」点１０２に直線運動を提供するよう或る特定の場所で四節回転機構に組み込み可能である。

或る特定の実施形態では、ピストン‐トレーン上の任意の場所に設けられ又は取り付けられたばね装置（図示せず）が設けられるのが良い。例えば、ヒンジ接合部１２２（フルクラム‐リンクバー１１２の第２の端部とピストンレバー‐リンク‐バー１１０の部分１１１の第１の端部とのヒンジ接合部）に垂直であるのが良いばね装置は、ピストンレバー‐リンク‐バー１１０の側方運動を拘束し又は案内することができる。側方運動は、シリンダ軸線２５０と実質的に整列していない運動として定義される。ばねは、当業者であれば理解されるように任意形式のばね装置であって良い。さらに、ばねは、一端がエンジンブロックに固定され、他端がピストン‐トレーンに固定されるのが良い。変形例として、ばねは、エンジンブロックにのみ固定されても良い。ばねは、ピストンステム２３０がシリンダ軸線２５０と実質的に整列した公差限度内に留まるようフルクラム‐リンクバー１１２の側方運動を拘束し又は減少させるよう付勢されるのが良い。

図２を参照すると、本発明の１つ又は２つ以上の実施形態に従って制御・案内装置１００が組み込まれた差動行程型エンジンについてクランクシャフトの回転軸線に垂直に見た断面図が示されている。差動行程型ピストンは、図２に示されているエンジンの向きで見て上に位置する固定シリンダヘッド１６と下に位置する回転クランクシャフト１８との間の固定シリンダ２１２内で動く。シリンダ２１２への給気（チャージ）を行うこと及びシリンダ２１２の排気を行うことは、それぞれ、吸気弁１７ａ及び排気弁１７ｂによって制御される。燃焼がシリンダヘッド１６内の点火プラグ２０（ディーゼル用途では用いられない）によって開始される。エンジン２１０は、エンジン一回転当たり一回の全燃焼サイクルを終えるよう作動可能である。

差動行程型ピストンは、燃焼チャンバ（燃焼室）を閉鎖すると共に封止する内側ピストン部分２２０及び連接棒２２によってクランクシャフト１８に連結されると共にそのサイクルの幾つかの部分の間、内側ピストン部分２２０のためのキャリアとしての役目を果たす外側ピストン部分２３１を有する。本明細書において開示する実施形態では、内側ピストン部分２２０は、一サイクル当たり４つの行程で動作し、外側ピストン部分２３１は一サイクル当たり２つの行程で動作する。サイクルの排気部分及び吸気部分の間、内側ピストン部分２２０と外側ピストン部分２３１は、互いに離隔する。離隔中、内側ピストン部分２２０が図１に記載された制御・案内装置１００によって作動されると共に駆動される。図示のように、或る特定の実施形態では、案内装置１００は、シリンダ及びシリンダボア２１２の外部に配置されると共にピストン部分及びエンジンシャフトの運動から離れて位置決めされるのが良い。他方、外側ピストン部分２３１は、クランクアーム２４及び連接棒２２の制御下で動き続ける。

或る特定の実施形態では、エンジンシャフト（例えば、クランクシャフト）とは独立して作動可能なアクチュエータ（ロボットアーム装置）がエンジンの互いに異なる熱的機能の実施中、ピストン行程を定め又は最適化し、そして最適ピストン行程組み合わせをエンジン作動中、変化する負荷条件に適合させるよう設けられるのが良い。アクチュエータは、他のエンジンコンポーネント、例えば関連の電子又は機械式カムレス弁トレーン、例えばカムを備えておらず、エレクトロニクスによって作動される弁トレーンシステムと同期されるのが良い。アクチュエータ及び他のエンジンコンポーネントは、エンジン電子式制御ユニットによって制御されると共に最適化されるのが良い。他の実施形態では、アクチュエータは、直線アクチュエータであるのが良い。或る特定の実施形態では、アクチュエータは、電気機械的アクチュエータ又は可動部品又は実質的に直線方向に動くアクチュエータ舌部を用いることによって電気作動を実施する任意の装置から成るのが良い。電気機械的アクチュエータは、エンジン電子式制御ユニットによって制御されるのが良い。他の実施形態では、アクチュエータは、油圧、機械的又は電気機械的システム又はコンポーネントによって制御されるのが良い。

一実施形態では、ピストンレバーがフルクラム回りに旋回するときに湾曲案内の中で移動してピストンステム接合部のところのレバー運動をシリンダ軸線に沿って直線状になるよう案内する案内要素がピストンレバーに設けられる。別の実施形態では、パンタグラフ原理を用いてレバーに作用する直線ロボット装置が設けられる。ピストンステム接合部のところのピストンレバー又はロボットアームの運動は、シリンダ軸線に沿って直線長さ方向であり、これに対し、シリンダ軸線から遠ざかる運動は、シリンダ軸線に平行な方向とこれに垂直な方向の２つの方向である。

図３は、湾曲案内式直線アクチュエータ機構体の実施形態を示している。第１のピストン部分２２０及び第２のピストン部分２２２を有する２部品型ピストンが示されている。リンケージ組立体がピストンレバー‐リンク‐バー１１１、フルクラム‐リンクバー１１２、及びフォース‐リンクバー１１４を含む三節回転機構を構成している。三節回転機構は、エンジンブロック２１０に回動可能に結合されると共にフルクラム‐リンクバー１１２の第１の端部を連結している第１のヒンジ接合部１２０（例えば、固着点）、フルクラム‐リンクバー１１２の第２の端部とピストンレバー‐リンク‐バー１１１の第１の端部を連結している第２のヒンジ接合部１２２、直線アクチュエータ２４０とフォース‐リンクバー１１４の第１の端部を連結している第３のヒンジ接合部１２４、及びフォース‐リンクバー１１４の第２の端部とピストンレバー‐リンク‐バー１１１上の場所を連結している第４のヒンジ接合部１２６によって構成されると共に位置決めされている。直線アクチュエータ舌部２４０（アクチュエータ装置２４２内に収容されている）がピン１２４を介してフォース‐リンクバー１１４に回動可能に取り付けられるのが良い。案内要素１３０がエンジンブロック２１０に一体に形成され又はこれに締結された湾曲案内装置３４０内に収納されている。案内要素１３０は、ピン１２６のところで結合されるのが良い。

第１のピストン部分２２０がシリンダ２１２内で直線長さ方向運動を行っているとき、フルクラム‐リンクバー１１２は、エンジンブロック２１０上のピボット取り付け部１２０回りにシリンダ軸線２５０に向かってそしてこれから遠ざかって弧を描いて揺動する。フォース‐リンクバー１１４及び案内要素１３０は、ピストンレバー運動を補償するよう多次元方向に（例えば、湾曲した状態で）運動する。このようにして、直線アクチュエータ舌部２４０は、シリンダ軸線２５０に沿う複写点１０２の実質的に直線運動を定めるようレバー１１０の運動を制御するのが良い。案内要素１３０の湾曲運動と複写点１０２の直線運動との関係をコンピュータ又はエンジン電子式制御ユニットにより相関させると共に計算することができる。直線アクチュエータの軸線は、シリンダ軸線２５０に平行である必要はない。

図４及び図５は、パンタグラフ案内直線アクチュエータ機構体により具体化される直線関係の実施形態を示している。パンタグラフは、リンケージバー１１１，１１２，１１４，１１８の四節回転機構を含み、レバーバーは、リンケージバー１１１及びその延長部１１０のうちの一方から成る。フォース‐リンケージバー１１４は、符号１０６のところのリニアアクチュエータとのその接合部によって分割された２つの区分を有するのが良い。継手１０６，１２６相互間に加えられた力は、継手１０６，１２４相互間に加えられた力よりも大きいのが良い。負荷の軽い区分１０６〜１２４が直線アクチュエータ舌部２４０中に含まれるのが良い。リンケージ‐バー１１８は、等しく軽い荷重を受けるのが良く、かかるリンケージ‐バー１１８は、案内機能を実行するよう構成され、そしてかかるリンケージ‐バーは、アクチュエータ舌部中に嵌まり込むよう同様に薄く作られるのが良い。直線アクチュエータ舌部２４０は、パンタグラフの原点１０６のところでフォース‐リンケージバーに取り付けられるのが良い。ロボットアクチュエータの直線運動と内側ピストン２２０の行程の所望の運動との間の機能的関係は、定数だけ乗算することによって決定できる。直線アクチュエータ舌部２４０の軸線は、シリンダ軸線２５０に平行であるのが良い。

或る特定の実施形態では、可変行程型往復動内燃エンジンであって、内燃エンジンは、エンジンシャフト及び軸線を備えたシリンダチャンバ内で往復動するよう構成されたピストンを有し、各ピストンは、第１のピストン部分を有し、第１のピストン部分は、内燃エンジンの互いに異なる熱的機能のためのピストン行程を定めるよう第２のピストン部分と一致して又は第２のピストン部分とは別個に動くようになっている形式の内燃エンジンは、複写点のところで第１のピストン部分に回動可能に結合された組立体と、この組立体に結合されたアクチュエータとを有する。アクチュエータは、組立体の動作を制御してシリンダチャンバ軸線に沿う複写点の実質的に直線運動を定めるよう作動可能である。組立体は、固着点のところで内燃エンジンに結合されるのが良い。アクチュエータは、直線アクチュエータから成るのが良い。組立体は、ピストンレバー‐リンク‐バー、フルクラム‐リンクバー、フォース‐リンクバー及びロッカー‐リンクバーを含む四節回転機構を構成している。四節回転機構は、内燃エンジンに回動可能に結合された状態でフルクラム‐リンクバーの第１の端部とロッカー‐リンクバーの端部を連結している第１のヒンジ接合部、フルクラム‐リンクバーの第２の端部とピストンレバー‐リンク‐バーの第１の端部を連結している第２のヒンジ接合部、ロッカー‐リンクバーの第２の端部とフォース‐リンクバーの第１の端部を連結している第３のヒンジ接合部、及びフォース‐リンクバーの第２の端部とピストンレバー‐リンク‐バー上の場所を連結している第４のヒンジ接合部によって構成されると共に位置決めされている。四節回転機構は、パンタグラフを形成する平行四辺形を形成し、アクチュエータと四節回転機構との結合部は、複写点と固着点との間に定められた線に沿って位置決めされている。

或いは、かかる組立体は、ピストンレバー‐リンク‐バー、フルクラム‐リンクバー、及びフォース‐リンクバーを含む三節回転機構を構成する。三節回転機構は、内燃エンジンに回動可能に結合された状態でフルクラム‐リンクバーの第１の端部を連結している第１のヒンジ接合部、フルクラム‐リンクバーの第２の端部とピストンレバー‐リンク‐バーの第１の端部を連結している第２のヒンジ接合部、直線アクチュエータとフォース‐リンクバーの第１の端部を連結している第３のヒンジ接合部、及びフォース‐リンクバーの第２の端部とピストンレバー‐リンク‐バー上の場所を連結している第４のヒンジ接合部によって構成されると共に位置決めされている。案内要素が、内燃エンジン内に構成されると共に三節回転機構に結合された湾曲案内の中で動くことができ、案内要素は、第１のピストン部分がシリンダ内で直線長さ方向運動を行っているときに弧を描いて動く。アクチュエータは、エンジンシャフトとは独立して作動可能な電気機械的アクチュエータから成る。電子式エンジン制御ユニットが電気機械的アクチュエータを作動させるために用いられる。

可変行程型往復動内燃エンジンを作動させる方法であって、内燃エンジンは、エンジンシャフト及び軸線を備えたシリンダチャンバ内で往復動するよう構成されたピストンを有し、各ピストンは、第１のピストン部分を有し、第１のピストン部分は、内燃エンジンの互いに異なる熱的機能のためのピストン行程を定めるよう第２のピストン部分と一致して又は第２のピストン部分とは別個に動くよう作動可能である形式の方法は、複写点のところで第１のピストン部分に回動可能に結合された組立体及び組立体に結合されたアクチュエータを用意するステップと、アクチュエータを作動させて組立体の動きを制御し、それによりシリンダチャンバ軸線に沿う複写点の実質的に直線運動を定めるステップとを含む。この方法は、電気機械的アクチュエータを作動させるステップを更に含む。この方法は、電子式エンジン制御ユニットによってアクチュエータを作動させるステップを更に含む。この方法は、アクチュエータを実質的に直線方向に作動させるステップを更に含む。この方法は、組立体をエンジンシャフトとは独立して作動させるステップを更に含む。

本方法は、内燃エンジン内に構成されていて複写点と機能的関係を有する第１の場所で組立体に結合された湾曲案内の中で動くことができる案内要素を用意するステップを更に含む。この方法は、案内要素を湾曲案内の中で多次元方向に動かすステップと、それに応じて、実質的にシリンダチャンバ軸線に沿ってシリンダ内で第１のピストン部分を動かすステップとを更に含む。この方法は、組立体内にパンタグラフ装置を構成するステップを更に含み、パンタグラフ装置は、原点と複写点との間に１対１のスケール変更関係を定め、この方法は、直線アクチュエータを作動させて原点を第１の直線距離にわたって動かすと共に複写点を第２の直線距離にわたって動かすステップを更に含み、第２の直線距離は、第１の直線距離に対してスケール変更された量である。この方法は、ピストンレバー‐リンク‐バー、フルクラム‐リンクバー、フォース‐リンクバー、及びロッカー‐リンクバーを含む四節回転機構を構成するパンタグラフ装置を作動させるステップを更に含む。

有利には、本明細書において開示する実施形態は、内側ピストン部分の運動がシリンダ壁に沿って摺動するピストンクラウンによってチャンバ内側端部のところで案内されると共に案内装置によってピストンステム外側端部のところで案内され、それにより実質的にシリンダ軸線に沿う運動が得られるようにする制御・案内装置を提供する。案内装置、特に案内チャネルの軸線内で且つこれに沿って動くことができる案内要素に鑑みて、内側ピストン部分は、ピストンステムの側方運動が実質的に生じない状態でしかもピストンレバー‐リンク‐バーからのピストンステムに対する側方スラストが実質的にほとんどない状態で上下動することができる。したがって、ピストン側方運動により引き起こされる内側ピストン部分及びシリンダ壁に加わる応力及び摩耗を減少させることができる。案内装置は又、シリンダ壁に対する内側ピストン部分の摺動摩擦及び「スラッピング（slapping）」を減少させることができる。

さらに、エンジンそれ自体の内部に四節回転機構組立体の必要とするスペースは比較的少ない（図２に示されているように）。さらに又、パンタグラフ組立体として作用する四節回転機構は、案内要素を案内チャネル内で動かすのに必要な量よりも極めて多くの量、ピストンステム及び内側ピストン部分を動かすことができる。

本明細書全体を通じて「一実施形態」又は「実施形態」又は「或る特定の実施形態」と言った場合、このことは、その実施形態と関連して説明した特定の特徴、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味している。したがって、「一実施形態において」又は「或る特定の実施形態において」という語句が本明細書全体を通じて種々の場所に現れてきても、これらが全て、必ずしも上述の実施形態について言及しているとは限らないが、そのような場合もある。さらに、この開示内容から当業者には明らかなように、１つ又は２つ以上の実施形態において、特定の特徴、構造又は特性を任意適当な仕方で組み合わせることができる。

原文特許請求の範囲及び原文明細書において、“comprising”（日本語訳文では、「〜を有する」としている場合が多い）、“comprised of”（「〜で構成される」）又は“comprises ”という用語はどれも、少なくとも次に続く要素／特徴を含むが、他のものを排除しないことを意味するオープンクレーム規定（非限定的な）用語である。したがって、“comprising”という用語は、原文特許請求の範囲に用いられている場合、その用語の後に列記された手段又は要素又はステップに限定されるものとして解されてはならない。本明細書で用いられている“including ”（日本語訳文では、「〜を有する」としている場合が多い）、又は“include ”又は“includes”という用語も又どれも、少なくとも次に続く要素／特徴を含むが、他のものを排除しないことを意味するオープンクレーム規定（非限定的な）用語である。したがって、“including ”は、“comprising”と同義であり、“comprising”を意味している。

理解されるべきこととして、「結合され」という用語は、特許請求の範囲に用いられる場合、直接的な関連性だけに限定されると解されてはならない。「結合され」という用語は、２つ又は３つ以上の要素が直接的な物理的関係にあるか２つ又は３つ以上の要素が互いに直接的な接触関係にはないがそれでも互いに協働し又は相互作用するかのいずれかを意味する場合がある。

本発明の１つ又は２つ以上の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、種々の特定の形態を取り、しかも変更、置換及び変形を反映する多くの実施形態を想到できることは当業者には明らかであろう。説明した実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明を例示するが、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を限定するものではない。

１６ 固定シリンダヘッド
１８ 回転クランクシャフト
１００ ピストン‐トレーン案内装置又は組立体
１０２ 複写点
１０４ 固着点
１０６ 原点
１１１，１１２，１１４，１１８ リンケージバー
１２０，１２２，１２４，１２６ ヒンジ接合部
１２６ ピン
１３０ 案内要素
２１０ エンジンブロック
２１２ シリンダボア
２２０ 第１の又は内側のピストン部分
２２２ 第２のピストン部分
２３０ ピストンステム
２３１ 外側のピストン部分
２４０ 直線アクチュエータ
２５０ シリンダ軸線
３４０ 湾曲案内装置

Claims (20)

1. 可変行程型往復動内燃エンジンであって、前記内燃エンジンは、エンジンシャフト及び軸線を備えたシリンダチャンバ内で往復動するよう構成されたピストンを有し、各ピストンは、第１のピストン部分を有し、前記第１のピストン部分は、前記内燃エンジンの互いに異なる熱的機能のためのピストン行程を定めるよう第２のピストン部分と一致して又は第２のピストン部分とは別個に動き、前記内燃エンジンは、
   複写点のところで前記第１のピストン部分に回動可能に結合された組立体と、
   前記組立体に結合されたアクチュエータとを有し、
   前記アクチュエータは、前記組立体の動作を制御して前記シリンダチャンバ軸線に沿う前記複写点の実質的に直線運動を定めるよう作動可能である、内燃エンジン。
2. 前記組立体は、固着点のところで前記内燃エンジンに結合されている、請求項１記載の内燃エンジン。
3. 前記アクチュエータは、直線アクチュエータから成る、請求項１記載の内燃エンジン。
4. 前記組立体は、ピストンレバー‐リンク‐バー、フルクラム‐リンクバー、フォース‐リンクバー及びロッカー‐リンクバーを含む四節回転機構を構成している、請求項１記載の内燃エンジン。
5. 前記四節回転機構は、
   前記内燃エンジンに回動可能に結合された状態で前記フルクラム‐リンクバーの第１の端部と前記ロッカー‐リンクバーの第１の端部を連結している第１のヒンジ接合部、
   前記フルクラム‐リンクバーの第２の端部と前記ピストンレバー‐リンク‐バーの第１の端部を連結している第２のヒンジ接合部、
   前記ロッカー‐リンクバーの第２の端部と前記フォース‐リンクバーの第１の端部を連結している第３のヒンジ接合部、及び
   前記フォース‐リンクバーの第２の端部と前記ピストンレバー‐リンク‐バー上の場所を連結している第４のヒンジ接合部によって構成されると共に位置決めされている、請求項４記載の内燃エンジン。
6. 前記四節回転機構は、パンタグラフを形成する平行四辺形を形成し、前記アクチュエータと前記四節回転機構との結合部は、前記複写点と前記固着点との間に定められた線に沿って位置決めされている、請求項４記載の内燃エンジン。
7. 前記組立体は、ピストンレバー‐リンク‐バー、フルクラム‐リンクバー、及びフォース‐リンクバーを含む三節回転機構を構成している、請求項１記載の内燃エンジン。
8. 前記三節回転機構は、
   前記内燃エンジンに回動可能に結合された状態で前記フルクラム‐リンクバーの第１の端部を連結している第１のヒンジ接合部、
   前記フルクラム‐リンクバーの第２の端部と前記ピストンレバー‐リンク‐バーの第１の端部を連結している第２のヒンジ接合部、
   前記直線アクチュエータと前記フォース‐リンクバーの第１の端部を連結している第３のヒンジ接合部、及び
   前記フォース‐リンクバーの第２の端部と前記ピストンレバー‐リンク‐バー上の場所を連結している第４のヒンジ接合部によって構成されると共に位置決めされている、請求項７記載の内燃エンジン。
9. 前記内燃エンジン内に構成されると共に前記三節回転機構に結合された湾曲案内の中で動くことができる案内要素を更に有し、前記案内要素の運動は、前記複写点の運動が実質的に直線状である間、弧によって定められる、請求項７記載の内燃エンジン。
10. 前記アクチュエータは、前記エンジンシャフトとは独立して作動可能な電気機械的アクチュエータから成る、請求項１記載の内燃エンジン。
11. 前記電気機械的アクチュエータを作動させる電子式エンジン制御ユニットを更に有する、請求項１０記載の内燃エンジン。
12. 可変行程型往復動内燃エンジンを作動させる方法であって、前記内燃エンジンは、エンジンシャフト及び軸線を備えたシリンダチャンバ内で往復動するよう構成されたピストンを有し、各ピストンは、第１のピストン部分を有し、前記第１のピストン部分は、前記内燃エンジンの互いに異なる熱的機能のためのピストン行程を定めるよう第２のピストン部分と一致して又は第２のピストン部分とは別個に動くよう作動可能であり、前記方法は、
    複写点のところで前記第１のピストン部分に回動可能に結合された組立体及び前記組立体に結合されたアクチュエータを用意するステップと、
    前記アクチュエータを作動させて前記組立体の動きを制御し、それにより前記シリンダチャンバ軸線に沿う前記複写点の実質的に直線運動を定めるステップとを含む、方法。
13. 電気機械的アクチュエータを作動させるステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
14. 電子式エンジン制御ユニットによって前記アクチュエータを作動させるステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
15. 前記アクチュエータを実質的に直線方向に作動させるステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
16. 前記組立体を前記エンジンシャフトとは独立して作動させるステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
17. 前記内燃エンジン内に構成されていて前記複写点と機能的関係を有する第１の場所で前記組立体に結合された湾曲案内の中で動くことができる案内要素を用意するステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
18. 前記案内要素を前記湾曲案内の中で多次元方向に動かすステップと、
    それに応じて、前記シリンダチャンバ軸線に沿う前記複写点の実質的に直線状の運動を定めるステップとを更に含む、請求項１７記載の方法。
19. 前記組立体内にパンタグラフ装置を構成するステップを更に含み、前記パンタグラフ装置は、原点と前記複写点との間に１対１のスケール変更関係を定め、
    前記アクチュエータを作動させて前記原点を第１の直線距離にわたって動かすと共に前記複写点を第２の直線距離にわたって動かすステップを更に含み、前記第２の直線距離は、前記第１の直線距離に対してスケール変更された量である、請求項１２記載の方法。
20. ピストンレバー‐リンク‐バー、フルクラム‐リンクバー、フォース‐リンクバー、及びロッカー‐リンクバーを含む四節回転機構を構成する前記パンタグラフ装置を作動させるステップを更に含む、請求項１９記載の方法。

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